Bionica: Leren van de natuur! In 4 miljard jaar zijn door natuurlijke selectie ontelbare technische problemen opgelost!

Transcriptie

1 Bionica: Leren van de natuur! In 4 miljard jaar zijn door natuurlijke selectie ontelbare technische problemen opgelost! Ze liggen voor het oprapen: Gebruik ze!

2 Hoe: Bestudeer de relaties tussen vorm en functie in de natuur Twee voorbeelden: 1. Baggertechnieken verbeteren door de te leren van structuur en functie bij slakkentanden

3 Baggeren Probleem: Brekende tanden op cutterzuigers

4 Chiton olivaceus: Weekdier met 8 schelpen Anatomie! onderaanzicht 4 cm tandenriem (radula) mond met tandenriem Tekening van een keverslak uit een tekstboek

5 De tandenriem heeft twee rijen harde tanden De grootte van elke tand is ongeveer 0.3 mm Slechts 3-4 tandparen zijn versleten De donkerbruine kleur wordt veroorzaakt door het magneetijzererts magnetiet (Fe 3 O 4 )

6 Doorgeslepen tand: De inwendige bouw van de snijrand houdt de tanden scherp ondanks slijtage (de zachte matrix is op deze foto door chitine afbrekende bacteriën verwijderd) Metingen van de hardheid laten zien dat de scherpe snijrand harder is dan de rest (De tanden zijn harder dan magnetieterts omdat de magnetietkristallen in dezelfde richting georiënteerd liggen)

7 Tand blijft scherp ondanks slijtage

8 De tandenriem in werking

9

10 We leren van de natuur dat kromme tanden minder makkelijk breken dan rechte Test met computermodellen: - De grootste krachten vinden we bij de punt van de rechte tanden - Bij kromme tanden zitten die krachten in het dikste deel Uit: Van de Wal, Giesen & Videler, 2000

11 Let op het belangrijke verschil tussen het natuurlijke en het industriële ontwerp: Slakkentanden zijn gebogen Tanden zijn recht, daarom breken ze!

12 Wat kunnen we van bijen leren? Efficiënt bouwen en opbergen: de bouw van raten Airconditioning

13 De honingbij (Apis mellifera) 1 volk: individuen 1 bevruchte moer (koningin) produceert: werkster moer dar Diploïde eieren bevrucht Werksters Moer Haploïde eieren onbevrucht Darren

14 De bouw van raten In een natuurlijk donker hol: raten hangen zuiver verticaal, evenwijdig aan elkaar op 1 bijdikte afstand Oriëntatie d.m.v. ingebouwd kompas Kompas: ijzeroxide (magnetiet) deeltjes in de antennes en het achterlijf ( ) vormen mogelijk kompasnaalden waardoor bijen gevoelig zijn voor het aardmagnetisch veld en elektromagnetische (radio) golven: mobiele telefonie oorzaak van bijen sterfte?

15 De wasproductie Was is samengesteld uit > 300 componenten Vaste en vluchtige o.a. 15% koolwaterstoffen, Specifieke geurstoffen voor herkenning (6%) 30% Palmitinezuurmyricylester C 15 H 31 COO C 30 H 61 Wasklieren maken was van honing: 8,4 kg honing voor 1 kg was 4 minuten/plaatje 1000 plaatjes = 1 g was voor 20 cm 2 raat (79 cellen) Bijen maken van 1 kg was cellen in uren Goed voor het opbergen van 22 kg honing Wasplaatje 1 mg Andere natuurlijke bouwstoffen: hout, baksteen cellulose, chitine, keratine, calciumcarbonaat Koolwaterstoffen 14% Mono esters 35% Di esters 14% Tri esters 3% Hydroxy mono esters 4% Hydroxy polyesters 8% Zure esters 1% Zure polyesters 2% Vrije zuren 12% Vrije alcoholen 1% Niet geïdentificeerd 6% Niet na te maken, wel bruikbaar voor tal van toepassingen

16 Zeshoekige cellen in twee lagen De bouw van cellen Lange as verticaal Inhoud standaard cel 234 mm 3 diepte 10 mm Bodem: piramide van 3 platen 13 Standaardcel 5,4 mm wand 0,073 ± 0,002 mm Darrencel 6,2 mm wand 0,094 mm Hoe bereiken ze die ongelofelijke precisie? Waarom zijn darrencellen groter?

17 Celbouw: gereedschappen Gereedschappen: Schietlood Duimstok Schietlood Kop Borststuk Achterlijf Puntvormige verbindingen omringd door zintuigharen Duimstok In verticale positie balanceert de kop boven het zwaartepunt zonder de zintuigharen te prikkelen afstand paslengte

18 Gereedschappen: Klophamer Schuifmaat Schraapstaal Celbouw: bepalen van de wanddikte deuk kaken veert terug Kaken slaan een deuk en de antennes voelen de kracht waarmee de was terugveert die kracht is een maat voor de dikte Resultaat: wanddikte standaardcel 0,073 ± 0,002 mm Kaken worden gebruikt om was weg te schrapen om de wand dunner te maken.

19 Celbouw bouwtechniek zeshoekige vorm Bouwtemperatuur 33,6 37,6 C door trillen met de vliegspieren, vleugels losgekoppeld groepjes bijen dicht bij elkaar Vormverandering door uitkloppen en schrapen met de kaken Waarom zeshoekig?

20 Efficiënt opbergen Ruimteverlies: Rond Vijfhoek Volledige vlakvulling: Zeshoek Vierkant Driehoek Vergelijking efficiency: (diepte en inhoud gelijk) Diepte Inhoud Wandbreedte Wandoppervlak Aantal ribben mm mm 3 mm mm 2 Zeshoek Vierkant , Driehoek , Zeshoekige celbouw: economischer en sterker

21 Airconditioning Stertselende bijen Ventilerende bijen Ventileren Stertselen Vliegen Rijtje Solitair Slagfrequentie Hz luchtsnelheid m/s 2,2 1,9 6-8 Duur: van 5 seconden tot 5 minuten Horizontale (schuifkracht) 81% van het lichaamsgewicht (0,9 mn) Liftkracht 50% van het lichaamsgewicht (0,55 mn) Ventilerende bijen pauzeren af en toe, waarom?

22 Bijen in de kast produceren: warmte, CO 2 en waterdamp verbruiken: zuurstof Ventilerende bijen Mengsel van CO 2 en waterdamp is lichter dan zuurstof + Warme lucht is lichter dan koude Opstijgende lucht In de kast: Temperatuur ( C) O 2 concentratie (%) uit Ventileren in Pauze CO 2 concentratie (%) Afwisselend Bijen in de kast helpen bij het ventileren Tijd (min) Pauzes zijn efficiënt: opstijgende lucht helpt mee bij het verversen!

23 Veel meer voorbeelden: